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En termes de capacité à conduire l’électricité, les matériaux peuvent être largement divisés en matériaux conducteurs, semi-conducteurs et isolants ou diélectriques. Comme son nom l’indique, un conducteur électrique est tout matériau capable de conduire l’électricité lorsqu’il est relié à une différence de potentiel ou lorsqu’il est soumis à l’action d’un champ électrique.
La capacité à conduire l’électricité est une propriété caractéristique des métaux. En fait, la grande majorité des meilleurs conducteurs sont des éléments métalliques. Cependant, un allotrope très spécial du carbone est capable de rivaliser avec le métal le plus conducteur de tout le tableau périodique.
Comment mesure-t-on la capacité d’un matériau à conduire l’électricité ?
La capacité d’un matériau à conduire l’électricité est mesurée par la conductivité électrique. Il s’agit d’une propriété intensive de la matière qui représente la conductance d’un conducteur d’unité de longueur et de section. Étant une propriété intensive, elle ne dépend pas des dimensions ou de la forme du conducteur mais uniquement du matériau dont il est fait. Pour cette raison, si l’on veut comparer des éléments en fonction de leur capacité à conduire l’électricité, il suffit de comparer leurs conductivités.
Selon la conductivité d’un matériau, il peut être classé comme conducteur, semi-conducteur et isolant. Le tableau suivant présente les plages de conductivité pour chaque type de matériau :
| Type de materiel | Plage de conductivité typique (S/m) |
| Conducteur | 10 2 – 10 8 |
| Semi-conducteur | 10 -6 – 10 -4 |
| Isolant | 10 -19 – 10 -11 |
Sachant quelles valeurs de conductivité caractérisent les conducteurs, le tableau suivant présente une liste ordonnée des conductivités des 50 éléments du tableau périodique qui conduisent le mieux l’électricité. Ces valeurs correspondent à la conductivité des éléments en volume, c’est-à-dire en quantités macroscopiques.
| Élément | symbole chimique | Conductivité électrique (σ.m/S) à 20°C (293K) | Type de materiel |
| Argent | Août | 6,30.10 7 | Conducteur |
| Cuivre | cu | 5,96.10 7 | Conducteur |
| Or | Oh | 4,52.10 7 | Conducteur |
| Aluminium | Au | 3,77.10 7 | Conducteur |
| Calcium | CA | 2.98.10 7 | Conducteur |
| Béryllium | Être | 2,81.10 7 | Conducteur |
| Rhodié | Rh | 2,33.10 7 | Conducteur |
| Magnésium | mg | 2,28.10 7 | Conducteur |
| iridium | Aller | 13.02.10 7 | Conducteur |
| Sodium | n / A | 2,10.10 7 | Conducteur |
| Tungstène | O | 1 89,10 7 | Conducteur |
| Molybdène | mois | 1,87.10 7 | Conducteur |
| Cobalt | Co | 1,79.10 7 | Conducteur |
| Zinc | Zn | 1 69,10 7 | Conducteur |
| Cadmium | CD | 1,47.10 7 | Conducteur |
| Nickel | Ni | 1,44.10 7 | Conducteur |
| Ruthénium | ru | 1,41.10 7 | Conducteur |
| Potassium | k | 1,39.10 7 | Conducteur |
| Indien | Dans | 1,25.10 7 | Conducteur |
| Osmium | Toi | 1,23.10 7 | Conducteur |
| Lithium | Li | 1.08.10 7 | Conducteur |
| Fer | Foi | 1.04.10 7 | Conducteur |
| Platine | pt | 9,52.10 6 | Conducteur |
| Palladium | PS | 9,49.10 6 | Conducteur |
| Étain | sn | 8,70.10 6 | Conducteur |
| Chrome | Cr | 8.00.10 6 | Conducteur |
| Rubidium | rb | 7,81.10 6 | Conducteur |
| tantale | Ta | 7,63.10 6 | Conducteur |
| Strontium | M | 7,58.10 6 | Conducteur |
| Gallium | Géorgie | 7,35.10 6 | Conducteur |
| thorium | e | 6,80.10 6 | Conducteur |
| thallium | télé | 6,67.10 6 | Conducteur |
| Niobium | Nb | 6,58.10 6 | Conducteur |
| rhénium | Concernant | 5,81.10 6 | Conducteur |
| Protactinium | Pennsylvanie | 5,65.10 6 | Conducteur |
| Vanadium | V | 5,08.10 6 | Conducteur |
| Césium | cs | 4 88,10 6 | Conducteur |
| Plomb | pb | 4,81.10 6 | Conducteur |
| Ytterbium (290–300 K) | Yb | 4.00.10 6 | Conducteur |
| Uranium | OU | 3,57.10 6 | Conducteur |
| Hafnium | Hf | 3.02.10 6 | Conducteur |
| Baryum | Ba | 3.01.10 6 | Conducteur |
| Antimoine | qn | 2,56.10 6 | Conducteur |
| Titane | Toi | 2,56.10 6 | Conducteur |
| Polonium | po | 2,50.10 6 | Conducteur |
| Zirconium | Zr | 2,38.10 6 | Conducteur |
| Scandium (290–300 K) | sc | 1 78,10 6 | Conducteur |
| Lutétium (290–300 K) | lu | 1,72.10 6 | Conducteur |
| Yttrium (290–300 K) | ET | 1 68,10 6 | Conducteur |
| Lanthane (290–300K) | La | 1 63,10 6 | Conducteur |
Comme on peut le voir, l’élément qui conduit le mieux l’électricité est l’argent (Ag) et a une conductivité de 6.30.10 7 S/m . Cela signifie qu’un bloc d’argent pur d’une section de 1 m 2 et d’une longueur de 1 m aura une conductivité de 6.30.10 7 siemens ou A/V. Ceci, à son tour, signifie que si nous appliquons une différence de potentiel électrique constante de 1 V entre les deux faces du conducteur, un courant électrique de 6.30.10 7 ampères sera généré.
La conductivité ainsi exprimée est difficile à visualiser, car il n’est pas courant de prendre un bloc d’argent pur de 1 m 3 et de l’utiliser comme conducteur électrique. Au lieu de cela, il est plus pratique d’exprimer la conductivité en termes de Sm/mm 2 . Dans ces unités, la conductivité de l’argent est de 63,0 Sm/mm 2 . Cela implique que si nous appliquons une tension de 1 V aux bornes d’un conducteur en argent de 1 m de long et d’une section de 1 mm 2 , un courant de 63,0 ampères sera généré.
Argent, cuivre, or et aluminium comme conducteurs électriques
Un simple calcul à partir des données du tableau ci-dessus révèle que l’argent a une conductivité supérieure de 5,7 % à celle du cuivre, de 39,4 % supérieure à celle de l’or et de 67,1 % supérieure à celle de l’aluminium. Cependant, ces trois éléments sont beaucoup plus fréquemment utilisés dans les applications électriques que l’argent. En fait, l’argent est rarement utilisé comme conducteur électrique bien qu’il soit l’élément qui conduit le mieux l’électricité.
Les raisons derrière cela sont simples. D’une part, le cuivre est un métal beaucoup moins cher que l’argent, tout en étant à peine moins conducteur. Pour cette raison, il est beaucoup plus logique d’utiliser du cuivre dans l’électronique et le câblage des bâtiments plutôt que de l’argent, car l’augmentation de la conductivité ne justifie pas l’augmentation impressionnante du prix.
C’est encore plus vrai dans le cas de l’aluminium, qui est utilisé encore plus fréquemment et en plus grande quantité que le cuivre, notamment dans les lignes à haute tension de plusieurs kilomètres. L’aluminium est beaucoup moins cher et plus facile à produire que le cuivre, et est également plus léger et plus résistant à la corrosion. Si l’on compare un conducteur en cuivre avec un conducteur en aluminium de section double, la conductance du conducteur en aluminium est plus du double de celle du cuivre (il conduit mieux l’électricité), son prix est encore plus bas (environ un 40% moins cher) et, en plus, il est 40% plus léger. Toutes ces caractéristiques font de l’aluminium, bien qu’il se classe au quatrième rang en termes de conductivité, un conducteur plus adapté que l’argent et le cuivre dans de nombreuses applications.
D’autre part, l’or est un métal précieux beaucoup plus cher que l’argent, c’est un moins bon conducteur électrique et il est beaucoup plus dense ou plus lourd. Il convient alors de se demander pourquoi l’or est-il plus fréquemment utilisé comme conducteur électrique que l’argent ? La raison a à voir avec les propriétés chimiques de l’or. En plus d’être un métal précieux, l’or est aussi un métal noble.très résistant à la corrosion. Cela en fait le matériau idéal pour la fabrication de contacts électriques dans des applications telles que les équipements informatiques, les appareils mobiles, etc. L’argent, en revanche, acquiert rapidement une patine à sa surface lorsqu’il entre en contact avec l’air, en raison de l’oxydation des atomes de surface. Cela réduit sa conductivité rendant ce métal inadapté à ce type d’application.
Le graphène est un meilleur conducteur que l’argent
Si on parle de conductivité des éléments purs, il y a un élément qui bat tous les autres et, curieusement, ce n’est pas l’argent. Il s’agit de carbone. Cependant, nous ne parlons pas de n’importe quel carbone comme celui que nous pourrions trouver naturellement, mais d’une forme très spéciale de carbone appelée graphène.
Le graphène est un allotrope très particulier du carbone. C’est un réseau hexagonal d’atomes de carbone hybrides sp 2 d’un atome d’épaisseur. Il se compose d’une seule des couches d’atomes de carbone qui composent l’allotrope du graphite. N’ayant qu’un seul atome d’épaisseur, ce type de matériau est appelé cristal bidimensionnel et possède des propriétés physiques uniques, notamment la conductivité électrique la plus élevée connue.
Dans certains laboratoires, des conductivités de l’ordre de 8.0.10 7 S/m pour le graphène ont été rapportées, soit 27% de plus que la conductivité de l’argent, faisant du graphène, et donc du carbone, l’élément qui conduit le mieux l’électricité .
Malgré ce qui précède, le fait que cette conductivité corresponde à des échantillons nanométriques de matériau au lieu de volumes macroscopiques de l’élément, il peut être inapproprié de comparer cette conductivité avec celle d’autres métaux, qui ont été mesurées pour chaque élément dans des échantillons macroscopiques. À cette échelle, une nouvelle forme d’un autre élément peut s’avérer être un meilleur conducteur même que le graphène. Pour cette raison, pour le moment, nous pouvons laisser la médaille d’or à l’argent.
Les références
10 Matériaux électriquement conducteurs . (2022). Câbles et conducteurs électriques. https://cablesyconductores.com/materiales-conductores-de-electricidad/
Global, B. (2022, 12 janvier). Les conducteurs à base de graphène peuvent-ils rivaliser avec le cuivre en termes de conductivité électrique ? Bosch mondial. https://www.bosch.com/stories/can-graphene-compete-with-copper-in-electrical-conductivity/
Orendain, S. (2020, 11 août). Quel est le meilleur conducteur d’électricité ? Circuits prêts. https://circuitoslistos.com/cual-es-el-mejor-conductor-de-electricidad/
Pastor, J. (2014, 7 février). Le graphène conduit l’électricité encore mieux que la théorie ne le suggère . Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria
Rizwan, A. (2021, 3 septembre). Pourquoi l’argent est un bon conducteur d’électricité ? Biomadam. https://www.biomadam.com/why-silver-is-good-conductor-of-electricity
L’argent est le meilleur conducteur de chaleur et d’électricité.(a) Vrai(b) Faux . (2020, 14 août). Vedanthu. https://www.vedantu.com/question-answer/silver-is-the-best-conductor-of-heat-and-class-10-chemistry-cbse-5f363d6ff224761096d481fb
Pourquoi l’argent est-il le meilleur conducteur d’électricité ? (2016, 16 novembre). Échange de pile de physique. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity
